• Chức năng chính của proteasome là tiêu hủy các protein không cần thiết hoặc bị hỏng qua quá trình phân giải protein.

PROTEASOME

I. TỔNG QUAN VỀ PROTEASOME

• Proteasomes là phức hợp protein bên trong tất cả các eukaryote và cổ vi khuẩn, cũng như trong một số vi khuẩn.

• Chức năng chính của proteasome là tiêu hủy các protein không cần thiết hoặc bị hỏng qua quá trình phân giải protein.

Khám phá ra proteasome

• TS Aaron Ciechanover (57tuổi) và TS Avram Hershko (67 tuổi) thuộc Viện Công nghệ Israel và

• TS Irwin Rose (78 tuổi thuộc ĐH California Mỹ)

II. Cấu trúc của các Proteasome

1.The 20S core particle

• Tiểu phần α là 2 vòng ở phía ngoài.

• Tiểu phần β là hai vòng bên trong.

• Mỗi vòng là cấu trúc của 7 protein khác nhau xếp đối xứng.

• 4 vòng này kết dính lại với nhau.

2. Chức năng của khoang 20S

• Các proteasome hiện diện 1 type protease duy nhất, đó là protease threonine. Đóng vai tro trung tâm phân giải protein.

• Khi cơ chất protein ở dạng thẳng đi vào trong khoang 20S, các liên kết peptide sẽ bị cắt đứt tạo thành các đoạn 8-9 amino acid.

2.The regulatory particle a) 19S regulatory particle

• Có 2 phân tử giống nhau,kết hợp ở 2 phía của lõi 20S tạo thành proteasome 26S .

• Mỗi phân tử được cấu tạo từ 19 protein khác nhau.

• Trong đó có 6 phân tử làATPases.

• Một vài phân tử có vị trí nhận biết các phân tửubiquitin.

• Cấu trúc này còn được gọi là PA700.

b)

11S

• Có 2 phân tử giống nhau, kết hợp ở 2 phía của lõi 20S tạo thành proteasome 20S.

• Mỗi phân tử là một vòng có cấu trúc của 7 protein khác nhau, nhưng không có ATPase.

• Proteasome 20S này có thể phân cắt các đoạn peptide ngắn không phải là protein.

• Cấu trúc này còn được gọi là PA28 hoặc REG.

4. Phân biệt chức năng 20S và 26S

• Proteasome 20S – Phân cắt các đoạn

peptide ngắn, không phải là protein.

– Các đoạn peptide không gắn với Ubiquitin – Không phụ thuộc

ATPase

• Proteasome 26S – Phân cắt các protein.

– Các protein kết hợp với Ubiquitin (là một protein gồm 76 amino acid).

– Có phụ thuộc ATPase

c) Vai trò điều hòa của 20S do 19S

• Các 19S chịu trách nhiệm điều hòa sự phân giải protein ở 20s. Chức năng chính của 19S là điều hòa ATPAses để khóa lối vào lõi 20S, sau đó ngăn chặn sự đi vào trong khoang 20S của các cơ chất.

• Ở eukaryotes, hầu hết quá trình phân giải protein xảy ra thông qua hệ thống

ubiquitin-proteasome.

• Các chất nền đầu tiên sẽ được gắn chuỗi polyubiquitin và sau đó sẽ bị phân cắt bởi proteasome 26S.

IV. Hệ thống Proteasome-Ubiquitin

• Protein nào cần được phân giải sẽ được biến đổi mất đi một Lysine, hay còn gọi là quá trình gắn ubiquitin và đòi hỏi sự phối hợp phản ứng của ba enzym:E1, E2, E3.

• Sau quá trình này các protein mục tiêu sẽ được gắn thêm chuỗi poly-ubiquitin, tức là nó đã được đánh dấu cho quá trình phân cắt (substrate-ubiquitin).

• Ở TV, quá trình biến đổi protein được điều hòa bởi ubiquitin/26S proteosome góp phần quan trọng cho sự phát sinh phôi,

VI. Quá trình lắp ráp

• Việc gắn kết các proteasome là một quá trình phức tạp do sự kết hợp các tiểu phần. Các tiểu phần β được tổng hợp từ các propeptide đầu N và được biến đổi sau quá trình dịch mã trong quá trình lắp ráp của lõi 20s để trình diện vị trí hoạt động trong Proteolysic.

• Sự kết hợp của các vòng β từ hai nửa proteasomes tạo ra quá trình tự phân giải phụ thuộc vàothreoninecủa các propeptides để trình diện vị trí hoạt động. Các phản ứng lắp ráp vòng β chủ yếu là các liên kết muối và kỵ nước với xoắn α, nếu bị gián đoạn do đột biến có thể phá hủy khả năng gắn kết proteasome.

• Việc lắp ráp của một nửa-proteasomes, theo thứ tự, bắt đầu từ lắp ráp của các tiểu phần α tạo vòng 7, tạo khuôn tiếp theo cho các vòng pro-β.

Quá trình này chưa được biết rõ.

• Nói chung, người ta chưa biết rõ về quá trình lắp ráp và trưởng thành của tiểu phần điều hòa 19S. Người ta tin rằng có sự ráp lại của hai tiểu phần phụ riêng biệt: các base có chứa ATPase và vị trí nhận diện ubiquitin. Các protein khác ATPase kết vòng lại tạo thành một bộ máy có vai trò điều hòa, ngăn chặn trình diện các vị trí hoạt động trước khi việc lắp ráp hoàn thành.

QUÁ TRÌNH THOÁI BIẾN PROTEIN Ở PROTEASOME

Thoái biến Protein

Chức năng của quá trình thoái biến hay thủy phân protein là:

loại bỏ các protein không cần thiết

duy trì vốn amino acid trong tế bào

Ngoài protein từ thức ăn, các protein nội bào là nguồn cung cấp các amino acid quan trọng.

Thoái biến protein tế bàolà một quá trình gồm nhiều bước

Bước 1: đánh dấu protein sẽ được phá hủy.

-Phá vỡ những protein không cần thiết -Tính đặc hiệu cao.

-Tiêu tốn năng lượng.

-Tác nhân đánh dấu:ubiquitin (76 aa)

Ubiquitin – một polypeptide tượng trưng cho “nụ hôn thần chết".

Ubiquitin:

- Đánh dấu các cấu trúc cần được thủy phân

- Một protein nhỏ, cô đặc, có tính bảo tồn cao

u b iq u itin P D B 1 T B E

•Một số proteins bị phân hủy trong proteasome mà không cần gắn với Ub

3 enzyme tham gia vào quá trình này làE1,E2&E3.

E1: Ubiquitin-Activating Enzyme Khởi đầu là nhóm terminal carboxylcủaUbđược gắn vào cầu nối thioester với một gốc cysteine trênE1. Đây là bước có tiêu tốn năng lượng ATP

Ubiquitin-Conjugating Enzyme(E2). Ub sau đó được chuyển cho một nhóm sulfuahydryl nằm trênE2

Ubiquitin-Protein Ligase(E3) xúc tác cho việc chuyển ubiquitin từE2tới nhóm-amino của một gốc Lys của protein được nhận diện bởiE3, hình thành một liên kết isopeptide (nhiều loại)

Ubiquitin Ligases(E3) chủ yếu chia làm hai họ:

Một sốE3có mộtHECTdomain chứa một gốc Cysbảo tồn, tham gia vào việc chuyển ubiquitin đã được hoạt hóa từ E2 tới protein mục tiêu.

Một sốE3chứa mộtRING fingerdomain chứa các gốc Cys & His là phối tử với 2 ionZn⁺⁺

Hoạt hóa E1

• E1 + ATP + Ub => E1.A MP-Ub + PPi

• E1.A MP-Ub => E1-S-Ub + AMP

1 2

3

4 5

6

1) Ubiquitinđược hoạt hóa tại đầu C-terminal bởiubiquitin activating enzyme, E1.

(phản ứng này cần năng lượng ở dạng ATP)

Ub-COOH+ ATP + E1 Ub-CO-S-E1 +AMP+PPi Một tế bào có thể chứa một hay một vài loại enzyme E1 khác nhau

1 2

3

4 5

6

2) Ubiquitin kết hợp với E2 E1 và E2 hình thành cầu nối đồng hóa trị với ubiquitin.

Ub-CO-E1 +E2 Ub-CO-E2 + E1 Một tế bào có chứa khoảng 10 loại enzyme E2.

1 2 3

4 5

6

3) E3: xác định protein mục tiêu cần được phá hủy. Đó là tính đặc hiệu của enzyme E3 có thể xác định rõ protein trong tế bào cần được đánh dấu để phá hủy trong các proteasome

E3 xúc tác chuyển ubiquitin được đánh dấu từ E2 tới protein mục tiêu.

1 2

3

4 5

6

4) Polyubiquitin:thêm các đơn vị Ub được đánh dấu vào Ub ở trước tạo thành một chuỗi oligo-Ub 5) Chuỗiubiquitin được nhậnbởi proteasome

Tế bào phá hủy lên tới 30% của các protein tổng hợp mới bằng proteasomes do chúng không vượt qua được các tiêu chuẩn kiểm soát nghiệm ngặt của tế bào

KHỬ UBIQUITIN

 Ubiquitin cần được loại bỏ khỏi protein đích trước khi chúng đi vào lõi phân giải protein của proteasome .

 Những enzym khử ubiquitin (DUBs ) chủ yếu thuộc hai họ :

- UBPs (ubiquitin processing ) .

- UCHs (ubiquitin carboxyl terminal hydrolases)

 Tiểu phần Rpn11 của phức hợp 19s có vai trò khử ubiquitin ( nó là enzym ATP – dependent metalloprotease )

QUÁ TRÌNH DUỖI THẲNG VÀ CHUYỂN VỊ PROTEIN ĐÍCH

• Vì kênh trung tâm của lõi 20S rất hẹp và bị đóng bởi đuôi N – terminal của những tiểu đơn vịnên cơ chất phải bị duỗi thẳng trước khi vào lõi .

• Phức hợp base của 19S làm nhiệm vụ duỗi thẳng protein đích bằng hoạt động ATP ase .

• Sau đó nó chuyển vị vào trong lõi 20S

HOẠT ĐỘNG PHÂN CẮT PROTEIN Ở LÕI 20S Trong lõi 20S có chứa ba vùng hoạt động peptidase

+Vùng chymotrypsin-like activity(cắt các aa kị nước).

+Vùng trypsin-like activity(cắt các aa base).

+Vùng caspase-like activity(cắt các aa acid).

-BrAAP: cắt aa nhánh -SNAAP cắt aa trung tính

 Những vùng này hoạt động khi pre protein được hoạt hóa bằng quá trình tự phân (cắt tại đuôi N – terminal ) để lộ vùng threonine .

 Threonine được coi như thành phần quyết định của vùng hoạt động của proteasome .

 Hoạt động này xảy ra trong suốt quá trình nối của hai nửa protesome .

 Quá trình phân cắt protein xảy ra ở khoang trung tâm của proteasome do tiểu phần (tiểu phần1 ,2 ,5 ở eukaryote ) của lõi 20S thực hiện .

 Ở đây protein sẽ bị cắt thành từng đoạn nhỏ từ 4 đến 25 acid amin phụ thuộc vào từng loài và cơ chất ngoài ra người ta còn giả định có sự liên quan giữa chiều dài peptid và thời gian cơ chất hiện diện trong khoang phân giải .

CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI KHÔNG PHỤ THUỘC UBIQUITIN

 Mặc dù hầu hết cơ chất của proteasome phải được ubiquitin hóa trước khi phân hủy nhưng có một số ngoại lệ với quy luật tổng quát này.

 Một vài protein được cho là không ổn định như protein duỗi thẳng một cách tự nhiên hay protein bị rối loạn do thiếu cấu trúc bậc 3 ổn định thì được phân giải theo con đường không phụ thuộc ubiquitin .

 Một ví dụ phổ biến nhất về cơ chất của quá trình này là omithine decarboxylase ( ODC ).

 ODC không được đánh dấu bởi quá trình ubiquitin hóa nhưng được gắn với AZ-một antizym( heterodimer ODC gắn với AZ )

 ODC : AZ là cơ chất của proteasome

Proteasome tham gia vào nhiều quá trình trong đời sống của tế bào

• Loại bỏ các protein không bình thường và cuộn sai khỏi tế bào.

• Liên quan đến đáp ứng stress của tế bào bằng cách phân hủy các protein điều hòa.

• Là 1 thành phần trong hệ thống Ubiquitin, chúng tham gia điều hòa chu trình tế bào.

• Liên quan đến sự biệt hóa tế bào ( bằng cách phân hủy các nhân tố dịch mã và các enzyme biến dưỡng).

• Có vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch bằng cách tạo ra các peptid kháng nguyên, được trình diện bới các phân tử MHC lớp I.

Loại bỏ protein không bình thường và cuộn sai khỏi tế bào Protein cuộn sai CPY được nhận diện bởi hệ thống kiểm tra chất lượng trên mạng lưới nội chất nhám, giữ lại trên màng. Bộ máy phân hủy của ER vận chuyển protein vào cytosol. Sau khi được vận chuyển, phân tử cơ chất được ubitquitin hóa, sau đó protein sẽ bị proteasome phân hủy.

Vai trò của Proteasome trong điều hoà chu trình tế bào: Cyclin là một protein điều hoà có đời sống ngắn, bị phân cắt ngay sau khi rời khỏi chu trình tế bào.

Có nhiều loại cyclin hoạt động trong các giai đoạn khác nhau của chu trình tế bào.

Phase G1Cyclin D và Cyclin E Phase SCyclin E và Cyclin A MitosisCyclin A và Cyclin B

Tuỳ theo các giai đoạn mà Cyclin gắn vào các CDKs tương ứng nhờ vào quá trình phosphoryl hoá của các enzym thuộc họ CDC25 phosphatase.

Hoạt động của các CDC25, CDK, Cyclin được điều hoà bởi các cơ chế feedback-loop và các chất ức chế hoạt động của CDK (WAF1, KIP1).

Proteasome có thể phân cắt các Cyclin, các chất ức chế hoạt động CDK.

Proteasome cũng điều hoà tính ổn định các enzym Phosphatase trong chu trình tế bào.

Sự ức chế hoạt động của proteasome có thể làm chậm hoặc dừng sự phát triển của tế bào.

Vai trò của Proteasome trong sự phát triển của Thực vật

Vi du: Trường hợp S.cerevisiae

Gen mã hóa cho dạng cyclin B là CLB5 và CLB6, hai gen này mã hóa cho cyclin Clb5 và Clb6 và được biểu hiện ở cuối G1.

Các phức hệ Cdc28-Clb5 và Cdc28-Clb6 được tích lũy ở cuối G1 và bị bất hoạt do chúng liên kết với một nhân tố ức chế là Sic1.

Sic1 có mặt ở cuối mitosis và đầu G1. Sic1 đóng vai trò là nhân tố ức chế giai đoạn S, đặc biệt là ức chế phức hệ Cdc28-cyclin B.

Khi tế bào vào giai đoạn S và khi nhân tố ức chế Sic1 bị phân giải thì phức hệ Cdc28-Clb5 và Cdc28-Clb6 trở nên có hoạt tính và phát động sự tái bản ADN.

Nhân tố ức chế Sic1 bị phân giải bởi proteasome bằng con đường ubiquitin hóa bởi các enzym Cdc34 và SCF

Ở động vật có vú:

Cũng giống như nấm men S. cerevsiae, tế bào động vật có vú cũng sử dụng nhiều loại cyclin tham gia điều chỉnh hoạt tính Cdk, trong đó cyclin A và B có tác động trong giai đoạn S, G2 và mitosis sớm

• Mitosis Promoting Factor - MPF

• Hoạt tính MPF của phức hệ Cdk1-cyclin A và Cdk2-cyclin B của động vật có vú có vai trò chuyển chu kỳ từ G2 vào M

• Cyclin A và cyclin B sẽ bị phân huỷ trong proteasome bằng con đường ubiquitin hóa nhờ phức hệ APC (Anaphase Promoting Complex) dẫn tới giảm hoạt tính của MPF cho phép tế bào hoàn thành mitosis để đi vào chu kỳ mới.

• Khi APC được photphorin hóa nhờ phức hệ Cdk-cyclin, chúng sẽ có hoạt tính và sẽ tác động hướng dẫn theo con đường ubiquitin hóa để các protein ức chế hậu kỳ bị phân giải bởi proteasome, do đó các nhiễm sắc tử tách khỏi nhau và vận động về hai cực nhờ sự giải trùng hợp các vi ống của sợi thoi.

• Khi các cyclin chưa bị phân hủy thì phức hệ Cdk-cyclin sẽ tác động để tái tạo lại màng nhân, cũng như tác động gây co thắt eo phân bào (do tác động photphorin hóa protein miozin-actin) làm cho tế bào bị phân thành hai.

• Vào kỳ cuối , APC bằng con đường ubiquitin hóa sẽ tác động lên cyclin nhờ proteasome. Nồng độ cyclin giảm, Cdk mất hoạt tính và tế bào ra khỏi mitosis.

Vai trò proteasome trong điều hoà phát triển ở thực vật.

• Ở Thực vật auxin quyết định hướng và tính hướng kích thích của sự phát triển thực vật. Auxin giúp cảm ứng quá trình phân cắt protein Aux/IAA (chất kìm hãm các nhân tố phiên mã).

• Aux/IAA là nhân tố kìm hãm sự phiên mã

• Ánh sáng ngăn chặn sự phân cắt HY5 bằng COP1 tạo nên sự biểu hiện gen mã hóa protein AUX/IAA

• Auxin thúc đẩy sự phân cắt protein AUX/IAA bởi SCF tạo nên giải phóng sự ức chế biểu hiện gen qua trung gian ARF

• Auxin và GA thúc đẩy sự phân cắt RGA bởi SCF. RGA kìm hãm sự phien mã.

• BTB điều hòa sự sản xuất ethylen bằng cách tạo điều kiện phân cắt ACS5. Ethylen ngăn cản sự phân cắt sự phân cắt EIN3 bằng SCF, giúp sự biểu hiện gen.

Vai trò trong đáp ứng stress của tế bào

• Trong đáp ứng stress tế bào – bị nhiễm, shock nhiêt hay bị phá hỏng do oxi hoá- các protein shock nhiệt được hệ thống proteasom nhận diện và phân huỷ.

• Một số chaperone giúp tăng hoạt tính proteasome nhưng không trực tiếp tham gia vào quá trình. Một số khác gắn với phần không ưa nước đưa ra ngoài của protein có cấu hình cuộn sai, thu hút E3 để bắt đầu quá trình phân cắt protein.

• Các proteasome trong nhân hoạt động trên protein histone không được oxi hoá chính xác. Các protein này hình thành một tập hợp không định hình trong tế bào. Phần lõi 20S của proteasome có thể phân huỷ trực tiếp các protein này mà không cần sự trợ giúp của cap 19S, thuỷ giải ATP hay sự ubiquitin hoá protein đích. Tuy nhiên, khi tế bào già, xuất hiện rất nhiều protein bị hư hỏng. Chúng liên kết các phân mảnh lại, tạo tính kháng với quá trình thuỷ phân protein của proteasome.

• Sự suy giảm hoạt tính của proteasome gây ra sự kết cụm và hình thành thể Lewy ở người bệnh Parkinson.

ARF là nhân tố ức chế khối u, có vai trò hoạt hoá con đường p53 Những tế bào bị stress có hiện tượng tích luỹ ARF.

MDM2: là tiểu phần E3 của proteasome, có cơ chất tác động là p53.

Trong điều kiện bình thường MDM2 sẽ hộ trợ mang p53 ra ngoài tế bào chất, và bị phân giải bởi proteasome.

Khi proteasome bị bất hoạt p53 sẽ được hoạt hoá, thực hiện chức năng hỗ trợ phiên mã gen

Apoptosis

• Sự co rút thể tích tế bào

• Plasma membrane blebbing

• Cô đặc nhiễm sắc chất

• Sự tập hợp lõi nhân

• Sự phá vỡ lamins nhân

Tế bào bị bóc vỏ hoàn toàn và gọn nhẹ mà không gây ảnh hưởng đến các tế bào xung quanh

• Quá trình apoptosis phụ thuộc rất lớn vào sự phân cắt các protein

• Quá trình này phụ thuộc vào hoạt động của các interleukin-1- converting enzyme (ICE): cysteine protease

• ICE là một thành viên của các cysteine protease,gọi tắt là enzyme caspase, đóng vai trò lớn trong các sự kiện phân cắt protein trong quá trình apoptosis.

• Cơ chất của enzyme caspase:

– Protein cấu trúc – Protein truyền tin – Các chất điều hòa dịch mã

– Các protein liên quan đến biến dưỡng DNA/RNA

Apoptosis

Apoptosis

• Proteasome đóng vai trò quan trọng và đa dạng trong quá trình apoptosis. Trong quá trình này, proteasome có liên quan đến

– Sự gia tăng protein được ubiquitine hóa, và các enzyme E1, E2, E3 giúp tạo thuận lợi cho quá trình apoptosis.

– Trong quá trình apoptosis, proteasome nằm trên màng nhân sẽ chuyển vào màng bleb phía ngoài của apoptosis

• Proteasome có khả năng xử lý số lượng lớn protein với sự điều hòa caogiúp thủy giải hoàn toàn các thành phần protein trong tế bào.

• Proteasome không cần thiết cho quá trình apoptosis

The Intrinsic Apoptosis Pathway

• The intrinsic pathway is triggered by the p53 tumor-suppressor in response to DNA damage and other types of severe cell stress

• Conventional anticancer therapies, such as chemotherapy and radiotherapy, activate this pathway via p53

• p53 activates the intrinsic pathway through transcriptional upregulation of pro-apoptotic members of the BCL2 family of proteins such as PUMA and BAX

• BAX causes the release of cytochromecfrom the mitochondria, which together with the adaptor APAF1, activate the initiator caspase 9

• Caspase 9 activates the effector caspases 3, 6, and 7, which are responsible for destroying critical components of the cell, and inducing apoptosis

The Extrinsic Apoptosis Pathway

• The extrinsic pathway triggers apoptosis in response to the activation of pro-apoptotic receptors, such as DR4 and DR5, by specific pro-apoptotic ligands, such as Apo2L/TRAIL

• This pathway stimulates apoptosis independently of p53

• Ligand-induced activation of DR4 and DR5 leads to the rapid assembly of the death-inducing signaling complex (DISC) and the recruitment of initiator caspases 8 and 10 through the adaptor Fas-associated death domain (FADD)

• Caspases 8 and 10 activate effector caspases 3, 6, and 7, leading to apoptosis

The Two Major Apoptosis Pathways

Adapted from Ashkenazi A. Nat Rev Can 2002;2:420–430.

APAF1, apoptotic protease activating factor-1; BAK, BCL2 homologous antagonist/killer; BAX, BCL2-associated protein; BCL2, B-cell chronic lymphocytic leukemia/lymphoma 2; BCLXL, BCL2-like 1; BID, BH3-interacting domain death agonist; DR, death receptor; FADD, Fas-associated death domain; FLIP, FLICE (FADD-like interleukin 1β-converting enzyme) inhibitory protein; IAP, inhibitor of apoptosis protein; MCL1, myeloid cell leukemia sequence 1 (BCL2-related); PUMA, p53-upregulated modulator of apoptosis; SMAC/DIABLO: second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP binding protein with low pI.

Caspase 3, 6, 7 Apoptosis Pro-apoptotic ligand

FADD FLIP

DR5 DR4

Cell-extrinsic pathway

Procaspase 8, 10

p53p53 Caspase 9

Caspase 8, 10

p53

BAX, BAK Mitochondria

SMAC/DIABLO Chemotherapy Radiotherapy

DNA damage PUMA, NOXA

APAF1 Cytochromec

DNA damage

BID

IAP

Cell-intrinsic pathway BCL2, BCLXL,

MCL1

Sự liên quan giữa apoptosis và proteasome

• Proteasome ức chế và thúc đẩy apoptosis.

• Khi ti thể nhận tín hiệu apoptosis, chúng giải phóng cytochrome c và các phân tử khác (Smac/Diablo) để hoạt hoá phức hợp Apaf.

• Trong giai đoạn tế bào chưa trưởng thành, Smac/Diablo được giữ ở mức thấp do bị proteasome thuỷ phân

• Khi tế bào cần đi vào chương trình chết, Smac/Diablo hiện diện ở mức độ cao hơn, một vài phân tử thoát khỏi hoạt động của proteasome và nhanh chóng hoạt hoá enzyme caspase khởi đầu, caspase 9.

• Caspase khi đã được hoạt hoá sẽ tấn công và bất hoạt proteasome bằng cách phân cắt 3 tiểu phần nhỏ của đơn vị 19S. Mức độ của Smac/Diablo tăng lên và hoạt hoá nhiều caspase hơn

• Proteasome mất khả năng nhận diện các protein đã được ubiquitin hoá, dẫn đến sự tích luỹ các protein này

Vai trò của proteasome trong hệ thống miễn dịch

• Proteasome giữ vai trò then chốt trong hệ thống miễn dịch đáp ứng.

Kháng nguyên có bản chất peptid hiện diện trên các protein MHC lớp I trên bề mặt của các tế bào trình diện kháng nguyên là sản phẩm của quá trình thuỷ phân protein có nguồn gốc từ sinh vật gây bệnh xâm nhập. Interferon gamma cảm ứng sự biểu hiện của các phức hợp protein chuyên biệt sản xuất các đoạn peptid với kích thước và thành phần phù hợp gắn với MHC. Phưc hợp này gia tăng trong quá trình đáp ứng miển dịch, gồm phần điều hoà 11S- chức năng chính là điều hoà sự sản xuất các ligand MHC và tiểu phầnđặc biệt chuyên biệt cơ chất. Phức hợp hình thành với tiểu phẩnđược gọi là proteasome miễn dịch.

• Độ mạnh của liên kết ligand với MHC nhóm I phụ thuộc vào thành phần đầu C của ligand. Đầu C kỵ nước sẽ có liên kết chặt hơn và

• Proteasome có thể tổng hợp các đoạn peptid ngắn được sử dụng như kháng nguyên trong các tế bào lympho.

Những kháng nguyên này được trình diện trên bề mặt của các tế bào lympho (qua phức hợp với MHC) và đóng vai trò quan trọng trong khả năng gia tăng đáp ứng miễn dịch đặc hiệu.

• Trong quá trình viêm nhiễm, các tế bào sẽ thay thế các phần của proteasome để thực hiện chức năng hiệu quả hơn

–Thay cap 19S bằng cap 11S. Proteasome với cap 11S sẽ giúp phức hợp sản xuất các đoạn peptid hiệu quả hơn.

–Thay tiểu phần bằng chất tương đồng được cảm

• Các đoạn peptid được cắt bởi proteasome được chuyển ra ER nhờ quá trình TAP ( transporter associated with antigen processing). Trong ER, các phân tử MHC lớp I mới sinh được mang đoạn peptid kháng nguyên (in the ER, nascent MHC class I molecules are loaded with antigenic peptids with signals the transport of the loaded class I molecule to the cell surface.

• Một số vi khuẩn ngăn cản quá trình trình diện MHC lớp I. Vi khuẩn EBV có đầu GA lặp, bảo vệ vi khuẩn khỏi sự phân cắt. HSV ngăn cản quá trình vận chuyển phụ thuộc TAP.

Vai trò proteasome trong đáp ứng sự xâm nhiễm của virut

• Sự trình diện kháng nguyên lớp I gồm các bước:

– Phân cắt protein nội sinh thành từng đoạn peptid – Vận chuyển peptid qua màng ER

– Thu nhận phân tử vận chuyển MHC lớp I trong ER – Chuyển qua màng tế bào

• Các đoạn peptid được tạo bởi proteasome là nguồn peptid chính cho MHC lớp I

Proteasome Inhibitor

Chia làm 5 nhóm lớn 1. Peptide Aldehyde

2. Lactacystin và Clasto-Lactacystin β-Lactone 3. Peptide Vinyl Sulfone

4. Boronate Inhibitor

5. Các Proteasome Inhibitor khác

Peptide Aldehyde

• Là các sản phẩm tổng hợp, vào tế bào một cách dễ dàng vì có cấu trúc tương đồng với dạng peptide được thủy phân bởi hoạt tính

chymotrypsin của proteasome

• ức chế hiệu nghiệm hoạt tính chymotrypsin của proteasome

Cơ chế ức chế của MG132

Peptide aldehyde inhibitors and advantage for their use in vivo

• 1. có tính thuận nghịch,không làm biến đổi hoạt tính phân cắt

• 2. có hiệu lực cao

• 3. không mắc để tổng hợp

• 4. sau khi tiếp xúc với các tác nhân này , khả năng sống và phát triển của tế bào nói chung không bị ảnh hưởng

Lactacystin và β-lactone

•Là sản phẩm tự nhiên, có nguồn gốc từ Streptomyces

•Thấm qua được màng tế bào, không thuận nghịch,

•ức chế chọn lọc hơn peptide aldehyde

Cơ chế ức chế của Lactacystin

• Tác động ức chế cả 3 hoạt tính peptidase của proteasome

• Ức chế chuyên biệt cho proteasome, không ức chế các protease nội bào khác

• Tính chọn lọc của Lactacystin là do nhóm dimethyl tương tác chặt với Met45 trong vùng T1 kỵ nước của tiểu phần β5

• clasto-lactacystin β-lactone ức chế tất cả các hoạt tính peptidase trong proteasome nhanh hơn 15-20 lần so với lactacystin cùng liều lượng.

• lactacystin và β-lactone khó tổng hợp hơn mắc hơn so với chất ức chế peptide aldehyde thuận nghịch.

Peptide Vinyl Sulfone

• Peptides chứa 1 đuôi C vinyl sulfone, có tính chuyên biệt cao với proteasome của động vật hữu nhủ.

• Tạo liên kết đồng hóa trị với N-terminal threonine trong các tiểu phần β.

• Cũng tương tự như các peptide aldehydes kị nước (MG132), chúng cũng ức chế hoạt tính chymotrypsin của proteasome và ít hiệu quả hơn so với hoạt tính trypsin và caspase.

• Trong thời kì ủ bệnh kéo dài của tế bào lyphoma người, với chất ức chế vinyl sulfone ở hàm lượng thấp có sự xuất hiện enzyme tripeptidyl peptidase II(TPP II) để thay thế chức năng của protesome.

Boronate Inhibitor

• Các tác chất này gắn với threonine của vùng hoạt tính và tạo liên kết boron-Thr1Oγ, liên kết này bền vững hơn nhiều so với liên kết carbon-Thr1Oγ trong hemiacetal được tạo bởi peptide aldehydes và proteasomes

• Có tính chọn lọc rất cao với proteasome. Ví dụ, (Cbz-LLL-B(OH)2 có hiệu lực chọn lọc với protesome gần 200,000 lần so với cathepsin B.

• Dansyl-phe-leu-B(OH)2 (DFLB) và Morpholino- naphtyl-ala-leu-B(OH)²(MNLB) được tổng hợp giúp cho việc nghiên cứu proteasome.

• Boronate inhibitors (như PS341) hiện đang được sử dụng như các tác nhân chống ung thư ở người và các bệnh viêm.

Velcade (FDA-approved proteasome inhibitor as a therapy for multiple myeloma = plasma cell myeloma)

Velcade (FDA-approved proteasome inhibitor as a therapy for multiple myeloma = plasma cell myeloma)

Các Proteasome Inhibitor khác

• HIV protease inhibitor khóa hoạt tính

chymotrypsin ở proteasome 20S và trong in vitro có khả năng ức chế sự phân cắt IκB và sự trình diện kháng nguyên MHC lớp I

• Epoxomicin có cấu trúc epoxyketon,là chất ức chế chọn lọc cao và không thuận nghịch với hoạt tính chymotrypsin của proteasome 20S ở động vật hữu nhủ.

• Epoxomicin có cấu trúc epoxyketon,là chất ức chế chọn lọc cao và không thuận nghịch với hoạt tính chymotrypsin của proteasome 20S ở động vật hữu nhủ.

•Gắn đồng hóa trị với β2 và β5

• Không ức chế các protease khác

1. Peptide Aldehydes

Có tính thuận nghịchreversible transition state analogs

Khả năng ức chế hoạt tính chymotrypsin >> caspase-like (PGPH) > trypsin Thâm nhập tế bào dễ dàng

Không chuyên biệt, có thể ức chế cathepsins và calpains

2. Lactacystin & ß-lactone

Liên kết đồng hóa trị không thuân nghịch

ức chế hoạt tính chymotryptic >> tryptic > caspase-like (PGPH) Thâm nhập tế bào dễ dàng ( trong nấm men, chỉ có β-lactone mới có thể Chuyên biệt, nhưng cũng ức chế cathepsin Avào)

3. Peptide Vinyl Sulfones

Liên kết đồng hóa trị không thuân nghịch Ức chế chymotryptic >> tryptic, caspase-like (PGPH) Dễ dàng xâm nhập vào tế bào động vật hữu nhủ Chuyên biệt, nhưng cũng ức chế cathepsin S

4. Boronate Inhibitors

Thuận nghịch

Ức chế chymotryptic >> tryptic, caspase -like (PGPH) Thâm nhập tế bào dễ dàng

Chuyên biệt rất cao với proteasomes (tính chọn lọn 200, 000 lần)